Metabolismo de los Hidratos de Carbono en Organismos Fotosintéticos Oxigénicos y su Vinculación con Cambios Ambientales

Responsable Dra. Graciela Salerno

Participantes: Dra. Valentina Briones.

La adaptación de los organismos a los cambios ambientales desencadena múltiples respuestas que se inician con un camino de señalización que lleva a cambios a nivel de la expresión génica, y que se traduce en diferentes modificaciones metabólicas. En la mayoría de los organismos fotosintéticos oxigénicos, la sacarosa es el principal producto derivado de la fotosíntesis que no sólo es fuente de energía y de carbono sino que también participa del camino de señalización desencadenado en respuesta a estreses ambientales. Además, el metabolismo de dicho disacárido está estrechamente relacionado con el de hidratos de carbono de reserva (almidón en eucariotas fotosintéticos o glucógeno en cianobacterias) y de otros polisacáridos. Son objetivos de esta línea de investigación el estudio las respuestas fisiológico-moleculares ante cambios ambientales (en salinidad, intensidad de luz, nutrientes, etc.) en relación con el metabolismo de la sacarosa, del glucógeno o almidón (en cianobacterias o, respectivamente) y de otros polisacáridos solubles así como el estudio de la relación estructura/función de enzimas relacionadas con ellos.

Las floraciones nocivas de cianobacterias

Las floraciones nocivas de cianobacterias en cuerpos de agua continentales representan un serio problema ecológico, económico y sanitario a nivel mundial.

Nuestras líneas de trabajo integran aspectos taxonómicos, ecológicos y fisiológico-moleculares para el estudio de la diversidad de cianobacterias nativas de Argentina formadoras de floraciones y potencialmente productoras de cianotóxinas.

Fotografía: Anabella Aguilera
Estudio de las vía de señalización de la quinasa TOR como sensor de energía clave en organismos fotosintéticos

Como organismos sésiles, las plantas se encuentran constantemente expuestas a las condiciones externas y a sus fluctuantes cambios. Por ello, la percepción e integración de la información y señales originadas desde el estado nutricional y los estreses ambientales para modular y ajustar el metabolismo, el crecimiento y el desarrollo tienen un rol central en la vida de las plantas. Los estreses ambientales llevan a una disminución en el rendimiento de los cultivos y en particular los estreses abióticos revisten especial importancia dado que se prevé cambios desfavorables en la temperatura, el agua, la salinidad y la disponibilidad de luz y nutrientes debido al cambio climático. Debido a ello la adaptación del metabolismo y del crecimiento a los factores ambientales adversos es esencial para mantener la homeostasis celular y por lo tanto la supervivencia. Frente a esta situación, existe la clara necesidad de llevar a cabo investigaciones que aporten conocimientos de las redes de transducción de señales que regulan las respuestas de adaptación a estreses con objetivos biotecnológicos (desarrollo de cultivos más resistentes a condiciones adversas). En este sentido, los caminos de señalización dependientes de las quinasas TOR (“Target Of Rapamycin”), SnRK1 (“sucrose non-fermenting-related proteína kinase”) y PI3K (“Phosphatidylinositol-3 kinase”) emergieron recientemente como nodos centrales y esenciales de la integración de la información externa (nutrientes, hormonas y estrés) y su transducción en decisiones metabólicas y de desarrollo. En particular, en este proyecto se aborda especialmente el estudio del rol de la vía de señalización de la quinasa TOR, regulador clave del desarrollo y del crecimiento en todos los eucariotas, en relación al metabolismo del C y del N y a la respuesta y adaptación a estreses abióticos. Principalmente se utilizan como sistemas modelo de estudio algas (Chlamydomonas reinhardtii) y plantas superiores (Arabidopsis thaliana) y un cultivo de gran interés económico como lo es el trigo.

Estudio de proteínas intrínsecamente no estructuradas del tipo LEAs y de sus blancos celulares en plantas

La disponibilidad de agua es el principal factor que regula la productividad agrícola a nivel mundial, afectando el crecimiento, el desarrollo y el rendimiento de las plantas. Las plantas han desarrollado mecanismos moleculares de tolerancia frente al estrés hídrico que les permiten restablecer la homeostasis celular. Durante el estrés se acumulan un grupo de proteínas protectoras; las proteínas del tipo LEAs (por sus siglas en inglés: Late Embryogenesis Abundant Proteins), descriptas inicialmente durante la maduración de la semilla. Estas proteínas son altamente hidrofílicas y se caracterizan por tener dominios repetitivos, altamente conservados. Son proteínas intrínsecamente no estructuradas (IUPs) ya que poseen un alto grado de flexibilidad y desorden en solución. Otros organismos, como bacterias, hongos y artrópodos, que atraviesan estadios de deshidratación (anhidrobiosis) acumulan proteínas similares a las LEAs en estructuras de resistencia (como esporas, quistes, etc.) y resultan determinantes de la tolerancia a la deshidratación.

El objetivo de esta línea de investigación se centra en el estudio molecular de proteínas de tipo LEA y la búsqueda de sus blancos celulares en condiciones de déficit hídrico en plantas.

Respuestas adaptativas y de supervivencia celular al estrés oxidativo en Organismos Fotosintéticos Oxigénicos

Las cianobacterias y plantas son organismos fotosintéticos oxigénicos, relacionados evolutivamente, que tienen un rol clave en el ciclo biogeoquímico del carbono/nitrógeno. Los cambios ambientales hacen que las cianobacterias proliferen y las plantas crezcan en condiciones fluctuantes que pueden producir estrés oxidativo, situación en la cual se producen especies reactivas de oxígeno (ROS, del inglés “reactive oxygen species”), que actúan señalizando procesos metabólicos esenciales o dañan severamente los componentes celulares. El objetivo de esta línea de investigación es estudiar los mecanismos de adaptación y supervivencia que a lo largo de su evolución, las cianobacterias y las plantas han desarrollado en respuesta a condiciones de estrés simples y combinados (alta luz, calor, estrés salino, deficiencia y/o exceso de nutrientes), realizando análisis genómicos, proteómicos, bioinformáticos, fisiológicos y bioquímicos. Nuestros modelos de estudio son plantas (modelo Arabidopsis thaliana) y cepas de cianobacterias modelos como M. aeruginosa PCC 7806 (toxígena) y Synechocystis PCC6803 (no toxígenas), así como también en cepas nativas como M. aeruginosa FCC 2005 (toxígena).

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Aguilera A., Haakonsson, S., Martin MVSalerno GL, Echenique R (en prensa) Bloom-forming cyanobacteria and cyanotoxins in Argentina: A growing health and environmental concernLimnologica.
 
 
 
Aguilera A, et al. (2017) Synergistic effects of nutrients and light favor Nostocales over non-heterocystous cyanobacteria. Hydrobiologia 794(1):241–255. DOI:10.1007/s10750-017-3099-1.
 
Distéfano AM & Martin MV, et al. (2017) Heat stress induces ferroptosis-like cell death in plants. The Journal of Cell Biology 216(2):463–476.01605110. DOI:10.1083/jcb.201605110.